广州地铁智能低压配电系统.pdf

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编号:20181111065152978178    类型:共享资源    大小:174.64KB    格式:PDF    上传时间:2019-02-16
  
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广州地铁 配电系统
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广 州 地 铁 智 能 低 压 配 电 系 统 广 州市 地下 铁道 总公 司 魏 彩艳摘 要: 本 文主 要叙 述了 广州 地铁 智能 低压 系统 的方 案设 计、 系统 组成 、各 部分 元器 件功 能 、 参 数设 置等 内容 。 该 系统 的采 用提 高车 站低 压系 统的 可靠 性 , 简 化了 低压 系统 与 EMCS、 CAD等 其他 系统 的接 口, 初步 实现 了低 压系 统的 智能 化。 关 键词 : 低 压智 能控 制系 统; PLC; 智能 I/O; 马达 保护 器 Abstract:ThispaerdescribestheGuangzhouMetrointeligentlowvoltagesytemdesign,sytemcompositon,functionsofthecomponetsofeachpart,parmetrsetingetc.Usingthesytemtoimprovethereliabiltyofthestationlowpresuresytem,siplifesthelow-presuresytemandEMCS,CADandother syteminterface,preliminaryimplentationfinteligentlowvoltagesytem.Keywords:low-voltageinteligentcontrolsytem;PLC;inteligentI/O;motrprotector中图分类号: U231+.2 文献标识码: A 文章编号: 前 言 当 前在 工业 自动 化控 制领 域, 相比 较于 传统 的低 压电 气控 制即 接触 器与 热继 电器 控制 ,智 能低 压已 经飞 速发 展起 来 , 随 着低 压智 能元 器件 的日 益丰 富和 成熟 , 低 压智 能控 制系 统已广 泛应 用到 各行 各业 中 , 广 州轨 道交 通顺 应智 能低 压控 制系 统的 发展 , 率 先在 国内 地铁 行业 中 引入 低压 智能 控制 系统 , 广 泛采 用 PLC、 马 达保 护器 、 软 启动 、 智 能仪 表 、 人 机界 面等 智能 元器 件 , 解 决了 传统 低压 电气 控制 系统 中一 些难 以解 决的 问题 , 并 增加 了许 多新 的功 能和特 点。 一 、系 统组 成 智 能低 压系 统 : 主 要实 现变 电所 各回 路主 要包 括进 线 、 母 联 、 三 级负 荷总 开关 、 馈 出至环 控电 控室 开关 的测 量 、 控 制 、 监 视等 功能 ; 实 现对 变电 所各 馈出 回路 运行 状态 的监 视功 能 。系 统以 通信 口的 方式 与上 位监 控系 统 SCAD进 行通 信 , SCAD主 要实 现对 变电 所主 要断 路器( 进线 、 母 联 、 三 级负 荷总 开关 ) 的 远方 控制 和各 回路 运行 状态 的监 视 。 智 能低 压系 统由 智 能 仪表 、小 型 PLC或 智能 I/O、 现场 总线 组成 ,并 通过 智能 通信 模块 与 SCAD连 接。智 能低 压控 制系 统由 智能 元器 件、 现场 总线 、通 信管 理器 、人 机界 面组 成, 并与 EMCS控 制器 连接 。 智 能元 器件 主要 包括 变频 器 、 软 启动 器 、 电 机保 护控 制模 块 、 小 型 PLC或 智 能I/O。 通 信管 理器 可以 采用 工控 机或 PLC, 考 虑到 可靠 性的 要求 推荐 选用 PLC, 主 要由 电源 模 块 、 CPU模 块、 通信 模块 等组 成。 通信 管理 器根 据智 能元 器件 的数 量和 监控 功能 的重 要性 ,分 为冗 余配 置和 非冗 余配 置两 种 。 车 站环 控电 控室 、 控 制中 心变 电所 采用 冗余 配置 , 而 区间变 电所 、 集 中冷 站变 电所 采用 非冗 余配 置 。 人 机界 面采 用可 编程 序终 端 , 即 工业 级平 板电 脑 。 现 场总 线通 常为 线形 结构 , 如 , 单 总线 、 双 总线 , 而 环形 结构 是很 少见 的 。 单 总线 是一 种常用 的结 构 , 如 果没 有特 殊要 求 , 均 会采 用这 种形 式 。 双 总线 结构 一般 用于 可靠 性要 求很 高的特 殊生 产过 程控 制或 特殊 环境 。 二 、系 统方 案设 计 1、 采用 工业 现场 总线 技术 经 济 、 安 全 、 可 靠地 传递 信息 ; 正 确使 用 、 及 时处 理所 传信 息 。 现 场总 线在 传递 信息 的同 时 , 解 决现 场装 置的 供电 问题 , 并 要求 传输 介质 较廉 价 。 解 决环 境适 应性 问题 , 包 括电 磁环 境适 应性 ( 传 输时 不产 生干 扰 , 也 不受 干扰 ) 、 气 候环 境适 应性 ( 要 耐温 、 防 水 、 防 尘 ) 、 机 械环 境适 应性 (要 耐冲 击、 耐振 动) 。 2、 环控 方案 各 个车 站单 端的 通讯 管理 器采 用了 高性 能的 冗余 PLC结 构, 由于 系统 中控 制的 点数多 , 线 路长 , 为 了分 散由 于单 总线 故障 造成 的风 险从 而保 证总 线的 可靠 性 。 在 设备 网中 根据 设 备的 分布 情况 及密 集程 度 ,分 别采 用 3路 独立 的单 总线 方式 进行 基层 设备 的信 息采 集及监 控。 因 此在 每个 通讯 管理 器中 用了 3个 设备 网扫 描器 ,共 3条 设备 网网 络与 底层 被控 设备 相连 , 基 层的 智能 I/O和 马达 保护 器主 要进 行现 场设 备的 控制 ,信 号采 集及 与环 控电 控室的 通讯 管理 器通 讯。 将 现场 设备 的状 态 ,信 号上 传至 上位 机监 控系 统( EMCS) 。 智 能 I/O分 别安 装于 每面 控制 柜的 上端 ,硬 接线 将柜 内各 个风 阀与 I/O相 连, 然后 通过 设备 网通 讯模 块将 智能 I/O挂 接在 设备 网上 。 马 达保 护器 安装 于柜 子的 抽屉 中 , 通 过内 置的 设备 网接 口挂 接在 设备 网上 ,软 启动 器通 过设 备网 接口 挂接 在设 备网 上。 所 有现 场设 备的 工作 状态 、 工 作参 数 、 故 障信 息等 均通 过设 备网 传送 至位 于环 控电 控室 的 通讯 管理 器, 通讯 管理 器接 收 EMCS系 统发 送的 控制 指令 ,对 现场 设备 实施 的各 种控 制及改 变控 制参 数也 是通 过设 备网 络进 行的 。 系 统中 连接 到控 制网 上的 人机 界面 计算 机采 用工 业级 组态 软件 , 以 丰富 的文 字 、 形 象的 图形 显示 各个 现场 设备 的运 行状 态 、 运 行参 数 、 自 动弹出 故障 报警 画面 、 记 录故 障点 、 调 出相 关的 控制 程序 及电 控图 纸 、 也 可进 行运 行信 息的 自动 记 录 、 统 计管 理等 , 并 可将 报警 信息 ( 故 障点 、 故 障原 因 、 故 障时 间等 ) 传 送至 EMCS系 统 ,系 统具 有完 善的 PLC故 障自 动诊 断程 序和 HMI报 警系 统 , 使 设备 故障 的查 询极 其快 速 、 方 便 、准 确 , 能 大大 节省 了系 统的 设备 单体 调试 时间 及联 机调 试时 间 , 并 为以 后的 运营 提供 了维 修查 询的 方便 。 系 统网 络图 如下 : 三 、主 要元 器件 1、 通信 管理 器 通 信管 理器 为工 业型 PLC, 完成 电机 保护 控制 模块 各种 参数 的设 定及 与 EMCS的 通信 转换 、 智 能化 模块 ( 包 括电 机保 护控 制模 块 、 软 启动 、 PLC、 智 能 I/O等 ) 与 EMCS的 数据 交换 及 管理 。两 台通 信管 理器 互为 热备 ,切 换时 间不 大于 2秒 。通 信管 理功 能满 足 EMCS功 能要求 ,与 上位 监控 系统 控制 器能 够实 现冗 余总 线连 接。 电机 保护 控制 模块 、软 启动 、小 PLC等 通过 总线 与通 信管 理器 连接 。 2、 电机 保护 控制 模块 电 机保 护控 制模 块采 用工 业型 产品 , 可 编程 的 I/O在 满足 监控 功能 条件 下留 有一 定的 裕量 以便 扩充 和修 改 。 模 块通 过内 置或 外置 电流 互感 器自 动采 集电 机一 次侧 电流 , 完 成过 载保护 、 电 流不 平衡 保护 、 相 故障 保护 、 接 地故 障保 护 、 堵 转保 护 。 通 过模 块实 现电 机三 级控 制及 控制 转换 , 三 级控 制为 : 车 站控 制室 控制 、 环 控电 控室 控制 、 设 备就 地控 制 , 控 制优 先级 顺 序为 : 就 地控 制 、 环 控电 控室 控制 、 车 站控 制室 控制 , 即 就地 控制 优先 级别 最高 。 在 环控电 控室 、 就 地控 制箱 实现 电机 运行 状态 显示 和故 障显 示 。 并 将电 机运 行状 态 、 故 障信 息 ( 包括 故障 类型 、参 数 ) 、 电机 一次 侧电 流值 、控 制状 态等 参数 送通 信管 理器 和 EMCS。3、 软启 动器 软 启动 器标 称电 流应 满足 电机 功率 要求 , 为 现场 总线 产品 , 具 有与 电机 保护 控制 模块 一致 的通 信协 议和 通信 速率 。 能 与上 位监 控系 统进 行双 向通 信 , 传 输有 关参 数设 定 、 运 行信 息 、控 制命 令等 。 运 行方 式及 参数 现场 可调 , 且 有宽 阔的 启动 电压 、 启 动电 流和 启动 时间 调节 范围 。具 有 3个 以上 数字 量输 入点 ,满 足启 动、 停止 、复 位和 控制 转换 等要 求; 3个 以上 可 编 程继 电器 输出 作为 故障 、运 行等 信号 指示 ,有 LCD状 态显 示设 置功 能。 启 动器 应对 电机具 有过 负荷 、缺 相、 三相 不平 衡保 护功 能, 启动 时间 过长 可进 行保 护。 具有 故障 诊断 功能 ,可 快速 确定 故障 类型 。 4、 变频 器 变 频器 必须 采取 矢量 控制 方式 , 而 且变 频器 必须 对电 机进 行自 动适 配 , 对 电机 建立 相应的 数据 模型 。为 到达 最佳 的节 能效 果、 变频 器要 求具 有自 动能 量优 化功 能, 当电 机在 50HZ运 行时 ,如 非满 载, 也要 求具 有节 能和 降噪 效果 。变 频器 有载 波频 率控 制功 能 ,当 变频 器过载 时 ,降 低载 波频 率 ,又 降低 变频 器的 损耗 。 5、 小型 PLC或 智能 I/O为 了提 高控 制可 靠性 , 所 有开 关量 输出 均采 用继 电器 输出 并加 中间 继电 器的 方式 。 在 环控 电控 室实 现设 备运 行状 态显 示和 故障 显示 , 将 设备 运行 状态 、 故 障信 息 、 控 制状 态等 参数送 通信 管理 器和 EMCS。 具 有存 储功 能及 一个 以上 通信 口 。 在 总线 故障 或通 信管 理器 故障 时 , 通 过模 块还 能实 现就 地、 环控 电控 室两 级监 控功 能, 同时 实现 风机 风阀 之间 的联 锁。6、 智能 仪表 或智 能断 路器 智 能断 路器 具有 智能 对话 单元 , 能 与上 位监 控系 统进 行双 向通 信 , 可 接收 监控 系统 发送的 开启 或闭 合命 令 , 并 动作 断路 器 。 接 收监 控系 统发 送的 电流 设定 值 、 保 护设 定值 、 单 元配 置 参数 等。 智能 对话 单元 可以 向监 控系 统传 送断 路器 位置 状态 、运 行状 态和 储能 装置 状态 、保 护动 作 、 参 数设 定值 等 。 智 能对 话单 元具 有友 好的 人机 界面 , 便 于进 行参 数设 定 、 查 看有 关 历史 记录 、显 示运 行参 数及 数字 表计 等, 具有 编辑 、记 忆、 显示 、预 告、 报警 等功 能。7、 人机 界面 该 系统 中的 人机 界面 (可 编程 序终 端及 操作 显示 面板 )均 采用 触摸 式工 业计 算机 。 每个 车站 环控 电控 室, 集中 冷站 变电 所低 压室 、控 制中 心变 电所 低压 室均 设一 个人 机界 面。 四 、地 铁 智能 低压 系统 与其 它行 业( 电力 、物 流) 智能 系统 的比 较地 铁智 能低 压控 制系 统与 其他 智能 系统 相比 较而 言 , 有 自己 的特 点 , 地 铁智 能低 压控 制系 统有 模式 控制 的概 念 , 而 模式 控制 最终 而言 , 主 要设 备控 制对 象是 控制 各种 马达 , 但 要达到 准确 与安 全的 控制 效果 并非 易事 。 而 对于 其它 行业 如电 力智 能控 制系 统是 一个 模拟 量占 多 数 的连 续控 制系 统 , 对 于马 达控 制 , 主 要是 一些 水泵 、 给 煤机 、 引 送风 机的 控制 , 这 种设 备数 量不 多, 所以 大多 未采 纳智 能低 压控 制这 个概 念。 对于 物流 行业 比如 机场 行李 输送 系统 ,虽 然马 达数 量比 较多 , 但 由于 都是 小功 率马 达 , 并 且对 于马 达运 行也 没有 读取 设备 电流 的需求 ,所 以控 制系 统还 局限 于传 统电 气阶 段。 在 地铁 智能 低压 控制 系统 中, 因实 际需 要采 用了 控制 网 /设 备层 网络 /MB+网 络, 这在 其他 低压 控制 系统 中是 不多 见的 ,这 几种 网络 的先 进性 在于 它的 高速 度、 透明 性、 实时 性 、 开放 性。 这种 网络 架构 也使 得系 统架 构显 得特 别简 单, 层次 明晰 清楚 。 地 铁智 能低 压控 制系 统是 一个 有很 高控 制要 求的 系统 , 既 要求 系统 结构 简单 , 达 到安 全 控 制要 求 , 又 需要 系统 硬件 冗余 、 网 络冗 余 。 地 铁智 能低 压控 制系 统是 一个 高可 靠性 、 先 进性 的控 制系 统。 五 、总 结及 展望 : 目 前 , 广 州地 铁已 建成 开通 一至 五号 线 、 八 号线 、 珠 江集 运线 等线 路 , 六 号线 、 广 佛线 二 期工 程等 多条 线路 同时 在建 设, 伴随 着地 铁线 网的 延伸 ,广 州地 铁将 不断 追求 技术 进步 。智 能低 压系 统的 采用 节省 了硬 件投 资 , 提 高了 系统 的可 靠性 、 降 低了 运行 维护 成本 , 在 不久的 将来 ,现 场总 线设 备的 智能 化、 数字 化, 系统 控制 的精 确化 成为 一个 必然 的 趋 势。
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